摘要：唐钢动力厂3#纯凝发电机组凝汽器在投运的一年内，每次清洗完20天左右即出现真空度降低、排气温度升高、发电效率下降的情况。加装自动除垢强化换热装置，实现了实时在线清洗，保持了较低的机组汽耗，提高了机组发电效率。
关键词：凝汽器；自动除垢；强化换热
作者简介：周建富（1984-），男，河北滦县人，河北钢铁股份有限公司唐山分公司动力厂，助理工程师。（河北 唐山 063000）
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）33-0154-01
唐钢动力厂共有25MW发电机组五台，凝汽器冷却换热方式为双流程开式循环冷却方式。由于1#、2#机胶球清洗效果较差，3#凝汽器没有安装胶球清洗装置，每年采用停机随机高压水清洗方式，基本上夏季两个月清洗一次，清洗完毕后20天左右即出现汽耗增大、真空下降、端差增大的现象，每次清洗均发现铜管内附着稀泥，因此需要对3#机加装清洗装置。
一、改造必要性
由于3#机凝汽器每次清洗完毕后20天左右即出现机组汽耗恶化现象，铜管内附着的稀泥导致机组发电效率降低，要使凝汽器的传热效果稳定且不随时间而下降，就必须使凝汽器铜管不沾泥。现有1#、2#机采用的是胶球清洗，由于凝汽器本体局部涡流、流速较低、清洗管道布局不合理等问题，导致胶球运动呈现概率性和习惯性，有的铜管长期或始终得不到清洗，凝汽器清洗效果差。胶球对硬垢无效，反而会使胶球卡涩在铜管内或者造成胶球的磨损，造成传热损失。凝汽器附着稀泥直至结垢首先表现在真空的下降、端差的上升。因此解决3#机组的连续消除黏泥，强化并稳定凝汽器换热效果是提高汽轮机运行效率的必然途径，通过对新型凝汽器清洗装置的生产厂及相关使用单位的考察，对3#机引入此自动除垢强化换热装置。
二、自动除垢强化换热装置的工作原理及应用
由流体力学可知，流体流动时有层流和紊流（湍流）两种状态。当流体流速增大到某一临界值时（雷诺系数Re≥2300），流体各微团之间强烈地混合与掺杂，不仅有平行于壁面方向的流动，而且还有垂直于壁面方向的流动，这种流动状态称为“紊流”。冷却水泵驱动的强迫流动几乎全部属于紊流状态。
层流时，靠近铜管内壁的水流呈现滞留状态，流动速度很慢，在内壁形成一层水膜，称为“层流底层”，在“层流底层”依靠分子导热，水的热导率很小，蒸汽的热量很难穿过水膜传给其他水流。而在“层流底层”以外的地方除分子导热外，更主要是依靠分子位移传递热量，即沿管壁方向既有导热也有对流，且热对流起着主要作用。此时，最大的热阻在“层流底层”，大部分的温度降落发生在这里，如果将“层流底层”和过渡层打破，热量很快被带走，一方面换热效率大大提高，另一方面减少了污垢在管壁的粘滞。
基于此原理，研制了自动除垢强化换热装置，在凝汽器每根换热管内放置一条可以围绕轴心旋转的塑料纽带装置，纽带在一定流速的冷却水流动能带动下，产生自动旋转和振摆，转动的侧刃对垢层作用，以周向的剪切力刮扫，径向振摆时，边刃对污垢层产生碰撞挤压。在周向刮扫剪切和径向振摆碰撞的共同作用下，达到对管内已有水垢的连续清洗作用，对无垢的传热面则有很好的防垢保洁作用。在换热管内纽带的旋转导流下，冷却水呈螺旋线流动，实现了冷却水的紊流状态，增强了凝汽器的换热效果。
安装前系统处于层流状态，如图1所示。
安装后系统处于紊流状态，如图2所示。
3#机组安装了强化换热装置，安装前先对全部通关用高压水枪及硬质子弹进行清洗，防止铜管内有水垢阻碍纽带的旋转，装置主要技术参数：在pH 值=12、温度恒定为100 ℃溶液中浸泡，240 h 无裂纹、无应力开裂及脆化或溶解现象；在pH 值=1、温度恒定为100 ℃溶液中浸泡，240 h 无裂纹、无应力开裂及脆化或溶解现象。对铜管磨损度弱。材料密度1.05～1.08 t/m3。旋转接触部件采用高强度耐磨陶瓷，坚硬光滑，经久耐用；旋转部件采用高分子聚合材料，自润滑、耐磨耐腐蚀、抗老化，密度与水近似。
三、应用效果及效益分析
3#机8月中旬改造完毕，自8.17-8.20对3#机进行改造，改造前8.1-8.15，总的平均汽耗4.16kg/kWh；8.21-8.31，总的平均汽耗为4.05 kg/kWh。随即抽取改造前后的部分数据，对循环水温度、流量、汽机负荷等基本接近的数据进行对比，如表1所示。
由上表可以看出，在循环水温基本不变的情况下，机组端差下降3℃左右，真空提高了1kPa，机组气耗下降0.1 kg/kWh左右。
目前9月时机组汽耗4.03 kg/kWh，机组自改造运行至今已两月，无任何恶化趋势，凝汽器自动除垢强化换热装置的应用，降低了机组的汽耗、提高了机组发电效益，值得借鉴和推广。
3#机组自投产至今，全年发电量15032万kWh，按目前机组汽耗4.03 kg/kWh计算：3#机组节电效率为0.1/4.03 ×100%=2.48%，一年机组可多发电15032×2.48%=373万kWh，按0.5元/kWh计算，全年可多创效373×0.5=186.5万元。
安装自动除垢强化换热装置带共计投资约57万元，半年即可回收成本，同时由于凝汽器自动除垢强化换热装置免维护，实现了在线清洗，在保证机组运行稳定的前提下又节省了清洗凝汽器所发生的费用，推广效益可观。
参考文献：
[1]蔡增基,龙天渝.流体力学泵与风机[M].北京:中国建筑工业出版社,
1999.
[2]苏静,高宇恩,齐向红.凝汽器强化换热防结垢技术的应用[J].山东冶金,2010,(5).
（责任编辑：刘辉）
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